JP6881177B2 - レーダ装置 - Google Patents

Description

本開示は、複数のアンテナを介して電波を送受信することで物体を検出するレーダ装置に関する。

ＭＩＭＯ（Multi Input Multi Output）レーダでは、複数の送信アンテナから同時に送信された複数の信号が重畳された受信信号から、個々の信号を識別する必要がある。その手法の一つとして、下記非特許文献１には、ドップラ分割多重（以下、ＤＤＭＡ）を用いることが記載されている。

ＤＤＭＡでは、各送信アンテナは、予め設定された繰返周期毎に、互いに異なる位相回転量で位相を回転させる位相偏移変調が施された連続波を送信する。受信側では、受信信号を解析する。これにより、繰返周期毎に信号の位相を検出し、更に、複数の繰返周期に渡る位相の変化（即ち、上記位相回転量）に対応した周波数をドップラ周波数として、受信信号に含まれるドップラ周波数の成分を表すドップラスペクトラムを算出する。つまり、送信アンテナ毎に送信信号の位相回転量が異なっているため、ドップラスペクトラム上では、各送信アンテナからの送信信号が、それぞれが異なったドップラ周波数を有した信号成分として抽出される。なお、これらのドップラ周波数は、送信信号の位相が変化する繰返周期によって決まる周波数範囲（以下、ドップラ観測幅）内で観測される。

以下、非特許文献１に記載の技術を従来技術という。

D.W.Bliss,K.W.Forsythe,S.K.Davis,G.S.Fawcett,D.J.Rabideau,L.L.Horowitz,S.Kraut,"GMTI MIMO Radar",2009 international WD&D Conference, p118-p122

しかしながら、発明者の詳細な検討の結果、従来技術には、以下の課題が見出された。
即ち、従来技術では、送信アンテナの数をＭ個、１周期をＭ等分した位相をΔφ＝３６０°／Ｍとして、Δφの整数倍したＭ個の位相、即ち、０、Δφ、２Δφ、…（Ｍ−１）Δφを、位相偏移変調で用いる位相回転量として用いている。このため、ドップラスペクトルにおいて、各送信アンテナからの送信信号に基づく信号成分のピークは、ドップラ観測幅内に等間隔で配置される。そのため従来技術では、観測ターゲットの速度範囲がピーク間の間隔より小さくなるように、送信繰返周期を小さくする必要があった。

そして、ＭＩＭＯレーダとＭＩＭＯレーダからの放射波を反射する物体との間に相対速度がある場合、ドップラスペクトル上のＭ個のピークは、相対的な位置関係を保ったまま、周波数方向にドップラシフトする。そのシフト量が、ピーク間の間隔より大きい場合、ドップラスペクトラム上では周波数の折り返しが生じる。この折り返しが生じると、どのピークがどの送信アンテナからの信号に起因するかの対応関係を一意に定めることができなかった。

本開示の１つの局面は、ドップラ分割多重を利用するレーダ装置において、受信信号から複数の送信信号を識別する精度を向上させる技術を提供することにある。

本開示の一態様によるレーダ装置は、送信アンテナ部（３）と、発振部（２１）と、変調部（２２）と、受信アンテナ部（４）と、処理部（６）とを備える。
送信アンテナ部は、複数の送信アンテナを有する。発振部は、連続波の共通信号を発生させる。変調部は、共通信号を送信アンテナと同数に分岐させた複数の分岐信号のそれぞれについて、それぞれが異なる位相回転量で、予め設定された繰返周期毎に分岐信号の位相を回転させる位相偏移変調を行うことで、複数の送信アンテナに入力される複数の送信信号を生成する。

受信アンテナ部は、一つ以上の受信アンテナを有する。処理部は、アンテナ部にて受信された一つ以上の受信信号のそれぞれから抽出される、複数の送信信号に対応した複数の信号成分に基づいて、送信アンテナ部からの放射波を反射した物体に関する情報を生成する。

そして、レーダ装置では、送信アンテナ部が有する送信アンテナの数をＭ、位相偏移変調に用いられる位相数をＰとし、Ｐ＞Ｍに設定されている。
このような構成によれば、受信信号を解析することで受信信号から抽出される各送信アンテナからの送信信号に基づく複数の信号成分は、それぞれが固有の位相回転量に対応したドップラ周波数を有する。送信アンテナ数Ｍが位相数Ｐより少ないため、使用する位相回転量を適宜選択することによって、ドップラスペクトル上で、各送信信号に基づく信号成分（以下、ピーク）を不均等に配置することができる。その結果、ドップラスペクトル上で周波数の折り返しが発生していたとしても、ドップラスペクトル上でピークが不均一な並びとなる箇所を手がかりにすることで、複数のピークと複数の送信アンテナとの対応関係を正確に認識することができる。

なお、この欄及び特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本開示の技術的範囲を限定するものではない。

レーダ装置の構成を示すブロック図である。 送信アンテナ及び受信アンテナと物体との関係を表す説明図である。 送信アンテナ及び受信アンテナの配置と仮想アレーにおける受信アンテナの配置との関係を示す説明図である。 発振部の機能を示す説明図である。 変調部での位相偏移変調に使用する位相回転量の例を示す説明図である。 処理部が実行する物体検出処理のフローチャートである。 選択可及び選択不可な位相回転量の組み合わせパターンを示す説明図である。 位相回転量の選択例を示す説明図である。 速度スペクトラムに出現する同一物体ピーク群の例を示す説明図である。 処理部が実行する情報生成処理のフローチャートである。 同一物体ピーク群と複数の送信アンテナとの対応関係が不明となる例を示す説明図である。 位相回転量の組み合わせパターンを変化させることによる作用効果を示す説明図である。 位相数を変化させることによる作用効果を示す説明図である。 繰返周期を変化させることによる作用効果を示す説明図である。

以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態を説明する。
［１．構成］
図１に示すレーダ装置１は、車両に搭載して使用され、車両の周囲に存在する様々な物体を検出するために使用される。レーダ装置１は、複数のアンテナで同時に電波を送受信するＭＩＭＯレーダである。

レーダ装置１は、送信部２と、送信アンテナ部３と、受信アンテナ部４と、受信部５と、処理部６とを備える。
送信アンテナ部３は、Ｍ個の送信アンテナを有する。Ｍは２以上の整数である。各送信アンテナは、予め設定された第１間隔ｄ_Ｔで、予め設定された配列方向に沿って一列に配置される。

受信アンテナ部４は、Ｎ個の受信アンテナを有する。Ｎは１以上の整数である。受信アンテナが複数存在する場合、各受信アンテナは、第１間隔ｄ_Ｔとは異なる第２間隔ｄ_Ｒで、送信アンテナの配列方向と同じ方向に沿って配置される。

ここで、図２を用いて、Ｍ＝２、Ｎ＝２の場合に各受信アンテナで受信される信号ついて説明する。各送信アンテナをＴＸ１，ＴＸ２と表記し、各受信アンテナをＲＸ１，ＲＸ２と表記する。

検出対象となる物体が、送信アンテナ部３および受信アンテナ部４の正面方向に対してθだけ傾いた方向に存在すると仮定する。また、物体での反射係数をＤ、ＴＸ１から物体に至る経路での信号の位相変化をα_Ｔで表し、物体からＲＸ１に至る経路での信号の位相変化をα_Ｒで表す。なお、α_Ｔ及びα_Ｒは複素数で表現される。

この場合、ＴＸ１から送信されＲＸ１で受信される信号は（１）式で表される。ＴＸ１から送信されＲＸ２で受信される信号は（２）式で表される。ＴＸ２から送信されＲＸ１で受信される信号は（３）式で表される。ＴＸ２から送信されＲＸ２で受信される信号は（４）式で表される。

これらの式は、図３に示すように、４つの受信アンテナを、基準となる一つの受信アンテナからの距離が、それぞれｄ_Ｒ、ｄ_Ｔ、ｄ_Ｔ＋ｄ_Ｒとなる位置に並べた場合と等価である。図３では、最も左に位置する受信アンテナを基準としている。このように並んだ仮想的な受信アンテナを仮想アレーという。

ＭＩＭＯレーダでは、仮想アレーを用いることで、１個の送信アンテナとＭ×Ｎ個の受信アンテナとを備える場合と同等の角度分解能が、Ｍ＋Ｎ個の送信アンテナ及び受信アンテナによって実現される。

図１に戻り、送信部２は、発振部２１と、変調部２２とを備える。
発振部２１は、連続波の共通信号を生成する。発振部２１は、生成した共通信号を、変調部２２に供給すると共に、ローカル信号Ｌとして受信部５にも供給する。また、発振部２１は、図４に示すように、測定周期Ｔｆ（例えば、５０ｍｓ）を１フレームとして、各フレームの先頭の測定期間Ｔｍ（例えば、１０ｍｓ）の間、連続的に周波数が変化するチャープ信号を、繰返周期Ｔｐ（例えば、５０μｓ）毎に繰り返し生成する。

発振部２１は、測定周期Ｔｆ、測定期間Ｔｍ、繰返周期Ｔｐを、処理部６からの指示に従って適宜変更できるように構成されている。なお、繰返周期の間に変化させるチャープ信号の周波数幅は、繰返周期Ｔｐによらず一定である。つまり、繰返周期Ｔｐを変化させることで、チャープ信号の周波数の変化率Δｆが変化するように構成されている。

また、繰返周期Ｔｐの許容範囲、ひいてはチャープ信号の周波数の変化率Δｆの許容範囲は、送信信号と受信信号とを混合して生成するビート信号を解析した時に、物体との相対速度に応じて生じる周波数偏移が、物体との距離に応じて生じる周波数偏移と比較して無視できる程度に小さくなるように設定される。

変調部２２は、発振部２１が生成した共通信号を分岐させ、送信アンテナ部３に属する送信アンテナと同数であるＭ個の分岐信号を生成する。変調部２２は、Ｍ個の分岐信号のそれぞれについて、繰返周期Ｔｐ毎に分岐信号の位相を変化させる位相偏移変調を行う。これにより、送信アンテナのそれぞれに供給するＭ個の送信信号を生成する。位相偏移変調では、Ｍ個の分岐信号のそれぞれに対して互いに異なる大きさの位相回転量Δφを設定し、繰返周期毎に、その位相回転量Δφだけ分岐信号の位相を回転させる。

ここで、位相偏移変調で使用する位相の数をＰとする。ＰはＭより大きい整数である。変調部２２では、ｐ＝０，１，２，…Ｐ−１として、Δφ＝ｐ×３６０°／Ｐで表されるＰ種類の位相回転量を用いる。例えば、Ｐ＝４の場合、図５に示すように、ｐ＝０ではΔφ＝０°となり、変調前の信号である分岐信号（即ち、共通信号）に対する変調後の信号である送信信号の位相差は、全ての繰返周期Ｔｐで０°となる。ｐ＝１ではΔφ＝９０°となり、共通信号に対する送信信号の位相差は繰返周期Ｔｐ毎に切り替わり、０°→９０°→１８０°→２７０°→０°（以下同様）の順に変化する。ｐ＝２ではΔφ＝１８０°となり、共通信号に対する送信信号の位相差は繰返周期毎に切り替わり、０°→１８０°→０°→１８０°→０°（以下同様）の順に変化する。ｐ＝３ではΔφ＝２７０°となり、共通信号に対する送信信号の位相差は繰返周期毎に切り替わり、０°→２７０°→１８０°→９０°→０°（以下同様）の順に変化する。

上述したようにＰ＞Ｍに設定されるため、位相偏移変調には、Ｐ種類の位相回転量Δφの全種類が使用されることはなく、その一部が使用される。
変調部２２は、位相数Ｐの設定、Ｐ種類の位相回転量Δφのうち、位相偏移変調に使用するＭ種類の位相回転量の選択、選択されたＭ種類の位相回転量とＭ個の送信アンテナとの対応関係の設定を適宜変更できるように構成されている。設定の変更は、処理部６からの指示に従ってもよいし、自動的に行ってもよい。自動的に変更する場合は、予め決められたパターンに従って行ってもよいし、ランダムに行ってもよい。

図１に戻り、受信部５は、受信アンテナ部４に属する各受信アンテナから出力されるＮ個の受信信号のそれぞれについて、ローカル信号Ｌとの差信号であるビート信号を生成し、生成されたビート信号をサンプリングして処理部６に供給する。

処理部６は、ＣＰＵ６１と、例えば、ＲＡＭ又はＲＯＭ等の半導体メモリ（以下、メモリ６２）と、を有するマイクロコンピュータを備える。処理部６の各機能は、ＣＰＵ６１が非遷移的実体的記録媒体に格納されたプログラムを実行することにより実現される。この例では、メモリ６２が、プログラムを格納した非遷移的実体的記録媒体に該当する。また、このプログラムが実行されることで、プログラムに対応する方法が実行される。なお、処理部６は、１つのマイクロコンピュータを備えてもよいし、複数のマイクロコンピュータを備えてもよい。

処理部６の機能を実現する手法はソフトウェアに限るものではなく、その一部又は全部の機能は、一つあるいは複数のハードウェアを用いて実現されてもよい。例えば、上記機能がハードウェアである電子回路によって実現される場合、その電子回路は、デジタル回路、又はアナログ回路、あるいはこれらの組合せによって実現されてもよい。

［２．処理］
［２−１．物体検出処理］
次に、処理部６が実行する物体検出処理について、図６のフローチャートを用いて説明する。

本処理は、処理部６が起動すると繰り返し実行される。
処理部６は、まず、Ｓ１１０にて、発振部２１に生成させる共通信号に関するパラメータである繰返周期Ｔｐを設定する。上述したように、繰返周期を変化させると、チャープ信号の周波数の変化率Δｆが変化する。繰返周期Ｔｐは固定値であってもよいし、複数種類の値を、本処理が実行される毎に、予め決められたパターンに従って、或いはランダムに切り替えて設定してもよい。また、本ステップにおいて、測定周期Ｔｆ、測定期間Ｔｍを適宜可変設定してもよい。

処理部６は、Ｓ１２０では、変調部２２での位相偏移変調に用いる位相数Ｐを設定する。位相数Ｐは、少なくとも送信アンテナ数Ｍより大きな値が用いられる。例えば、Ｐ＝Ｍ＋１に設定してもよい。位相数Ｐは、繰返周期Ｔｐと同様に、固定値であってもよいし、複数種類の値を、本処理が実行される毎に、予め決められたパターンに従って、或いはランダムに切り替えて設定してもよい。

処理部６は、Ｓ１３０では、位相数Ｐによって決まるＰ種類の位相回転量のうち、変調部２２での位相偏移変調に用いるＭ種類の位相回転量を選択する。選択する位相回転量は、３６０°の中で各回転量が均等に配置されることがないように、即ち、不均一な配置となるように選択する。

具体的には、ＰとＭとが公約数を持たない場合は、任意に位相回転量を選択することができる。ＰとＭとが公約数を有する場合は、配置間隔が同一パターンの繰り返しとなることがないように注意して選択する必要がある。

例えば、図７に示すように、Ｐ＝４且つＭ＝２である場合、位相回転量の組み合わせとして、（０°，９０°）、（９０°，１８０°）、（１８０°，２７０°）、（２７０°，０°）は選択可であるが、（０°，１８０°）、（９０°，２７０°）は選択不可である。また、Ｐ＝４且つＭ＝３である場合、位相回転量の組み合わせとして、（０°，９０°，１８０°）、（９０°，１８０°，２７０°）、（１８０°，２７０°，０°）、（２７０°，０°，９０°）の全てが選択可である。但し、本実施形態では、必ずΔφ＝０°を含んだ組み合わせを選択する。

なお、位相回転量の選択は、常に一定でもよいし、本処理が実行される毎に、選択可能な組み合わせの中で、予め決められたパターンに従って又はランダムに切り替えてもよい。
処理部６は、Ｓ１４０では、Ｓ１３０で選択されたＭ種類の位相回転量と、各送信アンテナとの対応関係を設定する。この対応づけは、例えば、予め設定された規則に従って割り当ててもよいし、ランダムに割り当ててもよい。また、対応付けは、常に一定でもよいし、本処理が実行される毎に、予め決められたパターンに従って、或いはランダムに切り替えてもよい。

図８には、Ｐ＝４且つＭ＝２であり、位相回転量の組み合わせとして（０°，９０°）が選択され、ＴＸ１にΔφ＝０°、ＴＸ２にΔφ＝９０°を割り当てた場合に、ＴＸ１，ＴＸ２のそれぞれに供給される位相偏移変調された送信信号の位相が変化する様子が表現されている。

処理部６は、Ｓ１５０では、測定開始タイミングであるか否かを判断する。測定開始タイミングでなければ、測定開始タイミングになるまで、本処理を繰り返すことで待機する。測定開始タイミングであれば、Ｓ１６０に移行する。測定開始タイミングとは、測定周期Ｔｆによって長さが決まるフレームが切り替わるタイミングである。

処理部６は、Ｓ１６０では、Ｓ１１０〜Ｓ１４０での設定結果に従って送信部２を作動させ、レーダ測定を実施する。具体的には、送信部２に、測定期間Ｔｍの間、繰返周期Ｔｐ毎にチャープ信号を繰り返し送信させ、その受信信号から生成されるビート信号のサンプリング結果を取得する。以下、測定期間Ｔｍ中に繰り返し送信されるチャープ信号の数をＫ個とする。

処理部６は、Ｓ１７０では、Ｎ個の受信アンテナから得られるビート信号のサンプリング結果を、受信アンテナ毎に、且つ、チャープ信号毎に周波数解析することによって、Ｎ個の受信アンテナのそれぞれについてＫ個ずつの距離スペクトラムを算出する。各距離スペクトラムでは、送信アンテナから送信された放射波を反射した物体を往復するのに要した時間（即ち、物体までの距離）に応じた周波数にピークが出現する。

処理部６は、Ｓ１８０では、Ｓ１７０にて算出されたＮ×Ｋ個の距離スペクトラムを用いて、受信アンテナ毎に速度スペクトラムを算出する。具体的には、着目する受信アンテナに関するＫ個の距離スペクトラムから、同一周波数ｂｉｎの信号を抽出し、抽出した信号に対して時間軸方向への周波数解析処理を実行する。この処理を全ての周波数ｂｉｎ（即ち、距離）について実行する。

速度スペクトラムでは、送信アンテナ部３からの放射波を反射した物体との相対速度がゼロである場合は、各送信アンテナに割り当てられた位相回転量に応じた周波数が、ドップラ周波数として抽出される。つまり、Δφ＝０°に対応する信号成分の周波数は０Ｈｚである。

なお、ドップラ周波数が観測される範囲（以下、ドップラ観測範囲）は、繰返周期Ｔｐによって決まる。また、ドップラ周波数は、図９に示すように、ドップラ観測範囲をＰ分割した地点のうち、Ｍ個の地点にて検出される。図９では、ドップラ観測範囲の上限が１に正規化されている。

また、速度スペクトラムでは、物体との間に相対速度がある場合は、これらＭ個のドップラ周波数は、相対速度に応じた大きさだけシフトし、相対速度の大きさによっては、周波数の折り返しが発生する。

これらＳ１７０およびＳ１８０の算出結果から、レーダ波を反射した物体との距離および相対速度を表す二次元スペクトラム（以下、受信スペクトラム）が、受信アンテナ毎に生成される。

処理部６は、Ｓ１９０では、受信アンテナ毎に、受信スペクトラムを用いて、レーダ波を反射した物体との距離および相対速度、物体が存在する方位を算出する情報生成処理を実行して本処理を終了する。

なお、本処理において、Ｓ１１０が周期設定部、Ｓ１２０が位相数設定部、Ｓ１４０が対応設定部、Ｓ１８０がスペクトラム算出部、Ｓ１９０が速度決定部に相当する。
［２−２．情報生成処理］
処理部６が、先のＳ１９０で実行する情報生成処理の詳細を、図１０のフローチャートを用いて説明する。

処理部６は、Ｓ３１０では、Ｓ１８０にて受信アンテナ毎に生成されたＮ個の受信スペクトラムを、インコヒーレント積分して、一つの統合スペクトラムｇ（ｒ，ｖ）を算出する。受信アンテナ毎の受信スペクトラムをｓ（ｒ，ｖ，Ｒｃｈ）で表すものとして、統合スペクトラムｇ（ｒ，ｖ）は、（５）式を用いて算出される。ｒは距離、ｖは、ドップラ観測範囲の上限周波数に対応する速度を１とする正規化ドップラ速度、Ｒｃｈは、受信アンテナを識別する番号である。

処理部６は、Ｓ３２０では、統合スペクトラム上で、予め設定された閾値以上の強度を有するピークがＭ個以上検出されている距離を候補距離として、候補距離のうち、以下のＳ２２０からＳ２８０での処理の対象として未だ選択されていない距離を、対象距離ｒとして選択する。

処理部６は、Ｓ３３０では、Ｓ３２０で選択された対象距離ｒで検出される複数のピークのうち、以下のＳ３４０からＳ３７０での処理対象として未だ選択されていないピークに対応する速度を対象速度ｖとして選択する。ここでは、速度が小さいものから順番に選択する。

処理部６は、Ｓ３４０では、対象速度ｖのピークが、位相回転量Δφ＝０°に対応したピークであると仮定し、（６）式に従って、他の位相回転量に対応したピークが存在すると推定されるＭ−１個の対応点（ｒ，ｖｊ）、但し、ｊ＝２〜Ｍを算出する。ｘ（ｊ）は、Ｓ１３０で選択されたΔφ＝０°以外の位相回転量である。ｖ，ｖｊは正規化されたドップラ周波数であり、０〜１の値をとる。ｍｏｄ（ａ，ｍ）は、ａをｍで割った後の余りを示す。

処理部６は、Ｓ３５０では、Ｓ３４０で推定された対応点のすべてについて、統合スペクトラム上でピーク（即ち、二次極大点）が存在するか否かを判断し、肯定判断された場合はＳ３６０に移行し、否定判断された場合は、Ｓ３９０に移行する。以下では、対応点に対応するＭ個のピークを候補ピーク群という。

処理部６は、Ｓ３６０では、候補ピーク群が電力条件を満たすか否かを判断し、肯定判断された場合は、Ｓ３７０に移行し、否定判断された場合は、Ｓ３９０に移行する。ここでは、電力条件として、候補ピーク群に属するピークの信号強度差が、予め設定された許容範囲内にあることを用いる。これは、同一物体からの反射波に基づくピークの信号強度は、いずれも類似しているはずであるとの知見に基づく。

処理部６は、Ｓ３７０では、候補ピーク群が位相条件を満たすか否かを判断し、肯定判断された場合は、Ｓ３８０に移行し、否定判断された場合は、Ｓ３９０に移行する。ここでは、位相条件として、基準受信チャンネルとそれ以外の受信チャンネル位相差を算出し、候補ピーク間でこの位相差の差異が予め設定された許容範囲にあることを用いる。これは、同一物体からの反射波に基づくピークは、いずれも同じ方向から到来するはずであるとの知見に基づき、同じ方向から到来するピークの受信間位相差は、いずれも似たような大きさになることに基づく。

以下では、３７０にて肯定判断された候補ピーク群を、同一物体ピーク群という。
処理部６は、Ｓ３８０では、対象距離ｒ、対象速度ｖの組を、物体情報として登録する。 更に、以下のようにして算出した方位θも物体情報に追加する。即ち、受信アンテナ毎に算出されたＮ個の受信スペクトラムのそれぞれから、Ｍ個の同一物体ピーク群に対応する各ピークを抽出する。抽出されたＭ×Ｎ個のピークを、仮想アレーに含まれるＭ×Ｎ個の受信アンテナからの受信信号とみなして、ＭＵＳＩＣ又はビームフォーミング等の方位検出処理を実行することで、物体の方位θを算出する。ＭＵＳＩＣは、Multiple signal classificationの略である。

なお、Ｎ個の受信アンテナの受信信号からそれぞれから、同一物体ピーク群として抽出される、各Ｍ個のピークは、仮想アレーから得られるＭ×Ｎ個の受信信号に相当する。
処理部６は、Ｓ３９０では、対象距離ｒで検出される全てのピーク（即ち、速度）が、対象速度ｖとして選択された否かを判断し、肯定判断された場合はＳ４００に移行し、否定判断された場合は、Ｓ３３０に戻る。

処理部６は、Ｓ４００では、全ての候補距離が対象距離ｒとして選択されたか否かを判断し、肯定判断された場合は、本処理を終了し、否定判断された場合は、Ｓ３２０に戻る。
［３．効果］
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果を奏する。

（３ａ）レーダ装置１では、Ｍ個の送信アンテナに供給する送信信号に対して位相偏移変調を行う際に用いる位相数Ｐを、Ｐ＞Ｍとなるように設定し、しかも、速度スペクトル上で検出される各送信信号に対応した各ピークが不均等に配置されるように、各送信信号の位相偏移変調に用いる位相回転量を選択している。これにより、速度スペクトル上で周波数の折り返しが発生したとしても、ピークの配置を手がかりにして、ピークと送信アンテナとの対応関係を正しく認識することができる。

つまり、図１１に示すように、Ｐ＝Ｍに設定した場合、速度スペクトラム上で検出される各送信信号に対応した各ピーク（即ち、同一物体ピーク群）は、ドップラ観測範囲に均等に配置される。図１１中の上段が物体との相対速度がゼロである場合、下段が、相対速度がありピークがシフトした状態を示す。下段の速度スペクトラムでは、すべてのピークが均等な間隔で現れるため、どのピークがどの送信アンテナに対応するかを正確に識別することが不可能である。

図９は、Ｐ＝４且つＰ＝２の場合で、ｐ＝０及びｐ＝１の位相回転量を用いた場合である。同一物体ピーク群に属する二つのピークは、ドップラ観測範囲内で不均等な間隔で位置するため、相対速度よるドップラシフトが生じたとしても、その不均等な位置関係からピークと送信アンテナとの関係を特定することができる。

（３ｂ）レーダ装置１では、速度スペクトル上で同一物体ピーク群が発生する位置に影響のある繰返周期Ｔｐ、位相数Ｐ、位相回転量の選択を、フレーム毎に変化させることができるように構成されている。このため、路面や路側物等、様々な静止物に基づいて発生する不要なピークに、同一物体ピーク群の各ピークが埋もれてしまうことを抑制することができる。

つまり、図１２に示すように、受信スペクトラム上で静止物のピークが発生する領域をノイズ領域Ｚとすると、同一物体ピーク群の一つが、ノイズ領域Ｚに埋もれてしまう場合がある。なお、図１２中の丸印が、選択された位相回転量に対応する点、即ち、同一物体ピーク群に属するピークであり、図１２中のバツ印が、選択されなかった位相回転量に対応する点である。以下、図１３及び図１４でも同様である。図示されている通り、位相偏移変調に用いる位相回転量の選択の仕方によって、同一物体ピーク群に属するピークが、ノイズ領域Ｚに埋もれてしまうことを抑制することができる。

また、図１３に示すように、位相偏移変調に用いる位相数Ｐを変化させると、位相偏移変調で選択可能な位相回転量、即ち、受信スペクトラム上でピークが出現する位置が変化する。このため、位相数Ｐの設定を変化させることによっても、位相回転量の選択の仕方を変化させた場合と同様の効果を得ることができる。

更に、図１４に示すように、繰返周期Ｔｐを変化させると、ドップラ観測範囲が拡縮するため、位相数Ｐや選択される位相回転量が同じであっても、受信スペクトラム上での同一物体ピーク群に属するピークの発生位置が変化する。このため、繰返周期Ｔｐの設定を変化させることによっても、位相回転量の選択の仕方を変化させた場合および位相数Ｐの設定を変化させた場合と同様の効果を得ることができる。

［４．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。

（４ａ）上記実施形態では、同一物体ピーク群を発生させる位置を変化させるパラメータ（即ち、繰返周期Ｔｐ、位相数Ｐ、位相回転量の選択）を、外部の状況とは無関係に変化させているが、これに限定されるものではない。例えば、これらのパラメータを、自車速やトラッキング中の物体との相対速度に応じて変化させてもよい。

（４ｂ）上記実施形態では、位相偏移変調に用いる位相回転量として、常にΔφ＝０°を選択しているが、これに限定されるものではない。Δφ＝０°を選択しない場合、物体情報を登録する際には、同一物体ピーク群の情報から速度ｖを推定すればよい。

（４ｃ）上記実施形態では、候補ピーク群が同一物体ピーク群であるか否かの判断に、電力条件及び位相条件を用いているが、これらを省略したり、別の条件を追加したりしてもよい。

（４ｄ）上記実施形態では、同一物体ピーク群に属するＭ個のピークを全て検出した場合に物体情報を登録しているが、これに限定されるものではない。例えば、Ｍが４以上である場合、同一物体ピーク群に属するピークが３個以上検出されていれば物体情報が登録されるようにしてもよい。

（４ｅ）上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

（３ｆ）上述したレーダ装置の他、当該レーダ装置を構成要素とするシステムなど、種々の形態で本開示を実現することもできる。

１…レーダ装置、２…送信部、３…送信アンテナ部、４…受信アンテナ部、５…受信部、６…処理部、２１…発振部、２２…変調部、６１…ＣＰＵ、６２…メモリ。

Claims (8)

1. 複数の送信アンテナを有する送信アンテナ部（３）と、
   連続波の共通信号を発生させる発振部（２１）と、
   前記共通信号を前記送信アンテナと同数に分岐させた複数の分岐信号のそれぞれについて、それぞれが異なる位相回転量で、予め設定された繰返周期毎に前記分岐信号の位相を回転させる位相偏移変調を行うことで、前記複数の送信アンテナに入力される複数の送信信号を生成する変調部（２２）と、
   一つ以上の受信アンテナを有する受信アンテナ部（４）と、
   前記受信アンテナ部にて受信された一つ以上の受信信号のそれぞれから抽出される、前記複数の送信信号に対応した複数の信号成分に基づいて、前記送信アンテナ部からの放射波を反射した物体に関する情報を生成する処理部（６）と、
   を備え、
   前記送信アンテナ部が有する前記送信アンテナの数をＭ、前記位相偏移変調に用いられる位相数をＰとし、Ｐ＞Ｍに設定され、
   前記処理部は、
   前記受信信号を解析することで、前記繰返周期毎に前記受信信号の位相が変化する速度を周波数に対応づけた速度スペクトラムを算出するスペクトラム算出部（６：Ｓ１８０）と、
   同一の前記物体に起因して前記速度スペクトラム上に発生する前記送信アンテナの数と同数のピークを同一物体ピーク群として抽出し、該同一物体ピーク群に属する前記複数のピークの前記速度ペクトラム上での位置関係から、前記物体の相対速度を決定する速度決定部（６：Ｓ１９０）と、
   を備え、
   前記変調部は、前記同一物体ピーク群に属する前記複数のピークの配置間隔が不均一となるように、前記複数の分岐信号のそれぞれに対する前記位相回転量が設定される
   レーダ装置。
2. 請求項１に記載のレーダ装置であって、
   前記速度決定部は、前記同一物体ピーク群を抽出する条件の一つとして、該同一物体ピーク群に属する前記複数のピーク間の電力差が予め設定された許容範囲内であることを用いる（６：Ｓ３６０）ように構成された。
   レーダ装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のレーダ装置であって、
   前記受信アンテナ部が複数の受信アンテナを備え、
   前記スペクトラム算出部は、前記複数の受信アンテナのそれぞれについて速度スペクトラムを算出し、
   前記速度決定部は、前記同一物体ピーク群を抽出する条件の一つとして、前記複数の受信アンテナのそれぞれにおいて抽出される前記同一物体ピーク群の候補となる前記複数のピーク間の位相差が、前記複数のアンテナ間でいずれも同じであることを用いる（６：Ｓ３７０）ように構成された
   レーダ装置。
4. 複数の送信アンテナを有する送信アンテナ部（３）と、
   連続波の共通信号を発生させる発振部（２１）と、
   前記共通信号を前記送信アンテナと同数に分岐させた複数の分岐信号のそれぞれについて、それぞれが異なる位相回転量で、予め設定された繰返周期毎に前記分岐信号の位相を回転させる位相偏移変調を行うことで、前記複数の送信アンテナに入力される複数の送信信号を生成する変調部（２２）と、
   一つ以上の受信アンテナを有する受信アンテナ部（４）と、
   前記受信アンテナ部にて受信された一つ以上の受信信号のそれぞれから抽出される、前記複数の送信信号に対応した複数の信号成分に基づいて、前記送信アンテナ部からの放射波を反射した物体に関する情報を生成する処理部（６）と、
   を備え、
   前記送信アンテナ部が有する前記送信アンテナの数をＭ、前記位相偏移変調に用いられる位相数をＰとし、Ｐ＞Ｍに設定され、
   Ｐ種類の位相回転量Δφは、ｐ＝０，１，２，…Ｐ−１として、Δφ＝ｐ×３６０°／Ｐで表され、
   前記送信アンテナのそれぞれに対応づけられるＭ個の位相回転量は、３６０°の中での配置間隔が同一パターンの繰り返しとならない不均一な配置となるように選択される
   レーダ装置。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のレーダ装置であって、
   前記変調部での位相偏移変調に用いる前記位相数を定期的に変化させるように構成された位相数設定部（６：Ｓ１２０）を更に備える
   レーダ装置。
6. 請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載のレーダ装置であって、
   前記複数の送信アンテナと前記位相回転量との対応関係を定期的に変化させるように構成された対応設定部（６：Ｓ１４０）を更に備える
   レーダ装置。
7. 請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載のレーダ装置であって、
   前記繰返周期を定期的に変化させるように構成された周期設定部（６：Ｓ１１０）を更に備える
   レーダ装置。
8. 請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載のレーダ装置であって、
   前記発振部は、周波数が連続的に変化するチャープ信号を前記共通信号として発生させるように構成された
   レーダ装置。

Images